1. 信號量介紹

信號量常用于控制對共享資源的訪問，有計數型信號量和二值信號量之分。初始化時信號量值大于1的，就是計數型信號量，計數型信號量不能用于互斥訪問，它允許多個線程同時訪問共享資源。若要互斥訪問共享資源，信號量的值就不能大于1，此時就是二值信號量

Linux內核使用semaphore結構體表示信號量，結構體內容如下所示：

struct semaphore {
    raw_spinlock_t lock;
    unsigned int count;
    struct list_head wait_list;
};

信號量操作相關API函數如下圖示：

2. 信號量實例

本實例中使用信號量來實現對LED設備的互斥訪問，即一次只允許一個應用程序使用LED燈，代碼是在pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架一文的基礎上完成的

信號量可以導致休眠，因此信號量保護的臨界區沒有運行時間限制，可以在驅動的open函數申請信號量，在release函數中釋放信號量

2.1 修改設備樹文件

設備樹文件修改與pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的修改方法一樣，不需要做任何修改

2.2 編寫驅動程序

拷貝pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的gpioled.c驅動文件，并重命名為sema.c，對部分代碼進行修改，其余保持不變

在設備結構體中，添加信號量

struct gpioled_dev{
    dev_t devid;               //設備號
    struct cdev cdev;          //cdev字符設備
    struct class *class;       //類
    struct device *device;     //設備
    int major;                 //主設備號
    int minor;                 //次設備號
    struct device_node *nd;    //設備節點
    int led_gpio;              //所使用的gpio編號
    struct semaphore sem;      //信號量
};

struct gpioled_dev gpioled;    //定義led設備

打開設備時，獲取信號量

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){
    filp->private_data = &gpioled; //設置私有數據

    if(down_interruptible(&gpioled.sem)){
        return -ERESTARTSYS;     //進入休眠后可被信號打斷
    } 
#if 0
    down(&gpioled.sem);          //休眠后不能被信號打斷
#endif
    return 0;
}

關閉設備時，釋放信號量

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp){
    struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
    up(&dev->sem);     //釋放信號量，信號量值加1
    return 0;
}

驅動入口函數中，對信號量進行初始化

static int __init led_init(void){
    int ret = 0;
    /* 初始化信號量 */
    sema_init(&gpioled.sem, 1);  
    /* 設置 LED 所使用的 GPIO */
    /* 1、獲取設備節點：gpioled */
    gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
    ......
    ......
}

2.3 編寫測試程序

拷貝pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的gpioledApp.c程序，并重命名為semaApp.c，添加模擬占用LED的代碼，使測試程序在獲取LED驅動使用權后會持續一段時間，添加如下代碼

while(1){
    sleep(5);
    cnt++;
    printf("App running times: %d\\r\\n",cnt);
    if(cnt >= 5)
        break;
}

2.4 編譯測試

編譯驅動程序：當前目錄下創建Makefile文件，并make命令編譯

KERNELDIR := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxi
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := semaphore.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

編譯測試程序：無需內核參與，直接編譯即可

arm-linux-gnueabihf-gcc semaApp.c -o semaApp

運行測試：啟動開發板后，加載驅動模塊，操作LED燈后，相應時間內再次操作LED時，第二個應用程序會進入休眠，等前面的應用程序運行完后，第二個應用程序會接著運行

depmod                       #第一次加載驅動的時候需要運行此命令
modprobe semaphore.ko        #加載驅動
# 打開LED后，每隔5秒會輸出一行App running times
./semaApp /dev/gpioled 1&    # &表示在后臺運行APP

#在LED被占用期間，再次操作LED，會因為獲取信號量失敗而進入休眠狀態
#等前一條命令運行完并釋放信號量后才能獲取LED使用權
./semaApp /dev/gpioled 0